In Potsdam an der Hochschule für Film und Fernsehen „Konrad Wolf“ erhielt der in Luckenwalde geborene Schauspieler seine Ausbildung. Zweimal stand er in den letzten Jahren in Inszenierungen von Folke Braband an der Tribüne Berlin auf der Bühne als Cléante in Molières Tartuffe und als Craig in Ladies Night.

An der Vagantenbühne war mit dem Monolog nach Franz Kafkas Der Bau und als Kip Dixon in Zwillingsbrut zu sehen. Doch vor allem kennt man Axel Buchholz durch seine zahlreichen Kino und TV-Auftritte. Die Kriminalserien Der letzte Zeuge, Rosa Roth und Wollfs Revier zählen ebenso dazu wie die TV-Filme Der Aufstand, Abschnitt 40, 6 Wochen Angst und Kalter Sommer. Im Kino spielte Axel Buchholz in den Filmen Die Kette, Kleinruppin forever und Aussen, Stadt, Nacht.